消除應(yīng)力：優(yōu)化精心設(shè)計(jì)的涂層功能

   山特維克可樂滿一直在探索如何制造出能利用任何殘余應(yīng)力的低應(yīng)力涂層，從而有益于總體刀片性能。該研究的結(jié)果是：引入了數(shù)種新的刀片牌號(hào)。這里我們主要看應(yīng)力及其在刀片性能中所起的作用。
 
   刀具涂層的主要功能是通過提高切削速度或進(jìn)給率來改進(jìn)生產(chǎn)效率。引入任何新的刀片涂層，其推動(dòng)因素都是為了確定發(fā)生刀片故障的可能原因，并制定出能明確應(yīng)付這些問題的涂層屬性。一種精心設(shè)計(jì)的涂層，每一個(gè)方面都有不同的功能；它是涂層工藝和涂層材料的結(jié)合，以防止刀片出現(xiàn)故障，并促使刀片發(fā)揮更好的性能。
 
   涂層已成為現(xiàn)代切削刀具材料不可分割的部分，如今出售的絕大多數(shù)刀片都采用各種涂層技術(shù)。多層涂層由數(shù)層薄涂層堆積而成，各層之間以中間層分隔。利用多層涂層，人們可以根據(jù)特定的加工作業(yè)，改變各涂層之間的特性，還能確保涂層與刀具基底和諧工作，因此正日益受到人們的歡迎。
 
   采用多層涂層，刀片可獲益于各層屬性的結(jié)合，從而優(yōu)化金屬去除率。通過增添數(shù)層涂層，刀具制造者能依據(jù)特定的材料或應(yīng)用場合，制造出具備特定性能的刀片，也可以制造出具備廣泛性能的刀片，用于應(yīng)對(duì)各種材料或應(yīng)用場合。
 
   現(xiàn)在，人們將山特維克可樂滿的多層涂層用于供車削的GC4225上和供磨削的GC4240上。還用于供車削的GC3205、GC3210、GC3215和GC3220上。它們采用氮碳化鈦（TiCN）、三氧化二鋁（Al2O3）和氮化鈦（TiN），再加上多種中間薄涂層。
 
一般而言，各類刀具應(yīng)用場合中使用的材料要承受內(nèi)外兩種應(yīng)力。就刀片而言，外應(yīng)力是在作業(yè)中作為切削刀具的一部分所承受的應(yīng)力。刀片的制造工藝也會(huì)引入內(nèi)應(yīng)力，主要是拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力。在涂層溫度下，涂層和基底都免受應(yīng)力。涂層的膨脹系數(shù)較大，因此，冷卻時(shí)，涂層的收縮會(huì)大于基底。這樣就會(huì)對(duì)表面造成拉伸應(yīng)力，而對(duì)基底產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。這些表面應(yīng)力會(huì)形成表面裂紋，并進(jìn)一步向下擴(kuò)散。通過降低拉伸應(yīng)力，就會(huì)大大降低這種開裂“傾向”，刀片也能承受更多的不當(dāng)使用情況。
 
因此，從功能角度而言，盡量消除拉伸應(yīng)力是很重要的，因?yàn)槔�伸�?yīng)力是造成裂紋擴(kuò)散的主要因素。壓縮應(yīng)力往往較為有利，能幫助阻遏裂紋擴(kuò)散。
 
共有屬性
 
不可避免地，刀具基底和涂層具備類似的屬性。兩者都要求具備很高的硬度、斷裂韌性和耐磨強(qiáng)度。
 
多層涂層還有助于納入其它造成涂層和基底失配以及造成應(yīng)力的參數(shù)。例如，熱膨脹系數(shù)決定涂層和基底之間的界面熱失配應(yīng)力。
 
耐磨涂層與刀具表面的結(jié)合是一個(gè)關(guān)鍵要求，這是因?yàn)椋�除非涂層與刀具很好結(jié)合，否則，涂層不可能發(fā)揮作用。在化學(xué)涂層的涂覆工藝中，相對(duì)比較容易達(dá)到良好的結(jié)合，方法是在涂層和基底之間形成誘發(fā)擴(kuò)散的界面。
 
在山特維克可樂滿所取得的成果中，中溫化學(xué)蒸鍍（MT-CVD）工藝和新的應(yīng)力減低后期處理工藝占很大一部分。MT-CVD工藝用于氮碳化鈦或氧化鈦涂層。其拉伸應(yīng)力值往往較低，更適合將斷裂韌性、耐磨強(qiáng)度、化學(xué)耐磨性和耐熱裂性等特性結(jié)合在一起。這樣可以改進(jìn)刀片的性能。
 
工藝上的考慮
 
工藝決定了刀片的結(jié)構(gòu)，而刀片結(jié)構(gòu)又決定了刀片的屬性。于是，形成了涂層晶體的柱狀方向和理想的顆粒尺寸。晶體呈縱向方向，表面更硬，是集中發(fā)生磨損的地方。此外，晶體之間的遞減應(yīng)力線將機(jī)械應(yīng)力耗散到基底材料中。材料原子之間的鍵長被縮短，這也有助于消除拉伸應(yīng)力。如果由于高溫和機(jī)械沖擊而造成微裂，穿透表面涂層，那么，這些微裂會(huì)沿晶體之間的應(yīng)力線向下耗散。剩余的應(yīng)力抵達(dá)基底時(shí)，就會(huì)被吸收，而不會(huì)擴(kuò)散成更大的裂縫。這樣，刀片就具備韌性和強(qiáng)度。
 
MT-CVD氮碳化鈦與三氧化二鋁（Al2O3）等氧化物涂層結(jié)合使用。該涂層是一種細(xì)粒、柱狀、α相氧化鋁涂層。這是一種很硬的材料，提供一種溫度屏障，能保護(hù)刀具的內(nèi)體免受額外高溫。山特維克可樂滿研制的后處理工藝是刀片生產(chǎn)工藝的最后階段。它形成低應(yīng)力刀片涂層和光滑的涂層表面。 它還通過彌合涂層表面附近的冷卻裂隙，來盡量合攏冷卻裂縫。